興隆臺(tái)油田稠油塊蒸汽驅(qū)開發(fā)中智能調(diào)控技術(shù)的應(yīng)用研究

李月明

摘 要：針對(duì)興隆臺(tái)油田稠油蒸汽驅(qū)開發(fā)過程中，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果強(qiáng)弱不同，井下油層供液能力不同，使抽油泵供排關(guān)系不平衡，導(dǎo)致排液不及時(shí)，影響蒸汽驅(qū)替效率或者造成抽油泵無功抽空，泵體損耗及電能浪費(fèi)等問題，運(yùn)用智能調(diào)控采油技術(shù)手段，大大提高抽油機(jī)系統(tǒng)的工作效率，達(dá)到穩(wěn)定泵效、提高產(chǎn)量、降低損耗、節(jié)能增效的目的。

關(guān)鍵詞：興隆臺(tái)油田;稠油蒸汽驅(qū);智能調(diào)控技術(shù)

前言

油井在轉(zhuǎn)入蒸汽驅(qū)開發(fā)前的蒸汽吞吐開發(fā)期間，各單井吞吐投產(chǎn)時(shí)間參差不齊，吞吐輪次高低不同、周期長(zhǎng)短不一，加熱半徑遠(yuǎn)近有別，采出程度差異較大，同時(shí)受儲(chǔ)層非均質(zhì)性等因素影響，致使井組內(nèi)注汽井與各生產(chǎn)井之間的熱連通性不同，生產(chǎn)井受蒸汽驅(qū)替作用效果程度不同，造成各生產(chǎn)井供液能力不同。按照蒸汽驅(qū)開發(fā)要求，為了維持采注比蒸汽驅(qū)開發(fā)順利進(jìn)行，必須平衡抽油泵供排關(guān)系，保證合理的采液量。而以往人工操作方式根據(jù)手動(dòng)測(cè)試的油井動(dòng)液面參數(shù)調(diào)控抽油機(jī)頻率轉(zhuǎn)速，提降抽油桿上下往復(fù)沖次，維持抽油泵的供排平衡。人工操作方式及時(shí)性較差，甚至因?yàn)橛吞篆h(huán)空內(nèi)的介質(zhì)組成復(fù)雜，造成動(dòng)液面參數(shù)測(cè)試誤差大，進(jìn)而誤導(dǎo)調(diào)控;造成排液過快，抽油泵無功抽取，干摩損耗泵體，浪費(fèi)電能;或者造成排液過慢，液量積壓，影響蒸汽正常驅(qū)替推進(jìn)。

1 智能調(diào)控采油系統(tǒng)工作原理

智能調(diào)控采油技術(shù)是自動(dòng)化技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)信號(hào)處理技術(shù)相結(jié)合，主要通過在線自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并錄取油井油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的動(dòng)液面參數(shù)作為調(diào)控依據(jù)。預(yù)先設(shè)置固定合理的動(dòng)液面參數(shù)后，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)液面高度動(dòng)態(tài)變化，對(duì)抽油機(jī)變頻電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)變頻控制調(diào)頻，近而調(diào)節(jié)抽油桿帶動(dòng)抽油泵內(nèi)活塞的上下往復(fù)沖次數(shù)。當(dāng)監(jiān)測(cè)到動(dòng)液面超過設(shè)定值時(shí)，表示油層供液能力強(qiáng)，系統(tǒng)自動(dòng)提頻，上調(diào)沖次，加速排液;當(dāng)監(jiān)測(cè)到動(dòng)液面低于設(shè)定值時(shí)，表示油層供液能力弱，系統(tǒng)自動(dòng)降頻，下調(diào)沖次，放緩排液，使抽油泵始終在理想的供液能力范圍內(nèi)高效排液工作。

2 智能調(diào)控采油系統(tǒng)主要構(gòu)成與功能

2.1 智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

2.1.1 動(dòng)液面智能監(jiān)測(cè)

智能調(diào)控采油的關(guān)鍵參數(shù)是動(dòng)液面。動(dòng)液面是油井生產(chǎn)時(shí)，油管與套管之間的環(huán)形空間內(nèi)的液面。油井通過動(dòng)液面計(jì)算抽油泵沉沒度和井底流壓，根據(jù)動(dòng)液面變化制定油井工作制度。動(dòng)液面反應(yīng)油井地層供液能力的強(qiáng)弱，地層供液能力是決定油井產(chǎn)量和持續(xù)性的關(guān)鍵性因素。動(dòng)液面準(zhǔn)確程度直接決定了智能調(diào)控采油技術(shù)能否成功應(yīng)用。動(dòng)液面智能監(jiān)測(cè)是以音標(biāo)法為基礎(chǔ)，采用亞聲波作為回波信號(hào)，頻率小于20Hz的亞聲波在油套環(huán)形空間內(nèi)傳播距離遠(yuǎn)，能量消失慢，測(cè)出率和自動(dòng)識(shí)別率高。通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定了不同套壓所對(duì)應(yīng)的聲速值，并測(cè)出了氣液過渡帶的普遍厚度，從而為不具備使用回音標(biāo)的油井動(dòng)液面測(cè)試提供了準(zhǔn)確的測(cè)試方法，對(duì)稠油熱采井尤為適用。

2.1.2 示功圖智能監(jiān)測(cè)

由于稠油熱采井油套環(huán)形空間內(nèi)工況復(fù)雜，動(dòng)液面測(cè)試技術(shù)一旦出現(xiàn)故障，會(huì)直接影響調(diào)控。為了預(yù)防由于測(cè)不出或測(cè)不準(zhǔn)液面而造成的調(diào)控失效，系統(tǒng)集成了示功圖智能監(jiān)測(cè)分析功能。示功圖智能監(jiān)測(cè)可以按照固定頻率，通過示功圖測(cè)試儀定期測(cè)功圖，并且可以在調(diào)控失效時(shí)立刻繪制示功圖，同時(shí)提示報(bào)警。系統(tǒng)提示轉(zhuǎn)為人工控制，方便技術(shù)人員維修并及時(shí)對(duì)井下供液狀況做出輔助評(píng)價(jià)，保障抽油機(jī)安全穩(wěn)定生產(chǎn)。示功圖測(cè)試儀主要由位移傳感器、載荷傳感器、單片機(jī)處理器和小無線單元等部件組成。按照預(yù)先設(shè)定好的固定間隔時(shí)間，通過位移傳感器和載荷傳感 器定期定時(shí)測(cè)試抽油機(jī)光桿位移與懸點(diǎn)載荷，同時(shí)將數(shù)據(jù)送輸給單片機(jī)處理器，完成數(shù)據(jù)處理和信號(hào)轉(zhuǎn)換，再通過小無線單元把數(shù)據(jù)傳輸給智能控制柜采集數(shù)據(jù)終端。

2.1.3 優(yōu)化管控箱

優(yōu)化管控箱主要由 RTU、控制模塊、變頻器、電參模塊和通訊模塊組成。接收到動(dòng)液面的測(cè)試數(shù)據(jù)或示功圖測(cè)試儀的數(shù)據(jù)后，RTU會(huì)對(duì)其進(jìn)行分析計(jì)算、處理變換并儲(chǔ)存，繪制出光桿的移動(dòng)示功圖。電參模塊可以按照設(shè)定時(shí)間定期測(cè)試電動(dòng)機(jī)電參數(shù)據(jù)，并傳遞給RTU儲(chǔ)存。RTU會(huì)定期將數(shù)據(jù)傳遞給通訊模塊，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸給中心控制系統(tǒng)的GPRS路由器。通訊模塊接收到中心控制系統(tǒng)的管控命令后，將其傳遞給 RTU，RTU將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換傳遞給控制模塊，由控制模塊調(diào)動(dòng)變頻器，進(jìn)而控制抽油機(jī)改變沖次，使抽油泵內(nèi)活塞運(yùn)動(dòng)的速度與泵腔 內(nèi)的進(jìn)液速度相互匹配，達(dá)到最大泵效。

2.2 中心監(jiān)督管控系統(tǒng)

中心監(jiān)督管控系統(tǒng)一般設(shè)置在中心站場(chǎng)，是數(shù)據(jù)處理中心。它包括自動(dòng)分析控制軟件、動(dòng)液面算數(shù)軟件、功圖計(jì)算軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)頁(yè)顯示軟件等。中心監(jiān)督管控系統(tǒng)通過 GPRS 路由器將各單井的數(shù)據(jù)接收、儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)，動(dòng)液面算數(shù)軟件和功圖計(jì)算軟件從數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)提取需要的各種數(shù)據(jù)并分析計(jì)算，再將結(jié)果儲(chǔ)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過網(wǎng)頁(yè)顯示軟件與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)接溝通，從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得數(shù)據(jù)，并發(fā)布自動(dòng)管控命令。自動(dòng)分析控制軟件根據(jù)得到的多種參數(shù)和動(dòng)液面設(shè)計(jì)值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將命令通過 GPRS 路由器傳遞給優(yōu)化管控箱內(nèi)的通訊模塊。

2.3 自動(dòng)保護(hù)管控系統(tǒng)

自動(dòng)保護(hù)管控系統(tǒng)由斷路器、交流接觸器、熱繼電器和中間繼電器等組成。變頻運(yùn)行過程中，變頻器出現(xiàn)故障，自動(dòng)保護(hù)管控系統(tǒng)自動(dòng)切換工頻運(yùn)行，保護(hù)自身變頻器。當(dāng)外接電網(wǎng)出現(xiàn)大電壓、大電流時(shí)，主開關(guān)跳閘，自動(dòng)保護(hù)管控系統(tǒng)切斷整個(gè)供電線路，保護(hù)整個(gè)設(shè)備。當(dāng)電源電壓下降或瞬時(shí)停電時(shí)，直流母線電壓會(huì)下降，變頻器通過降低輸出頻率降低電機(jī)轉(zhuǎn)速，電機(jī)負(fù)載的慣性能量回饋到直流一側(cè)，維持直流電壓高于欠壓動(dòng)作值，避免因欠壓而停機(jī)。當(dāng)電機(jī)帶有大慣性負(fù)載并快速停車或者在運(yùn)行過程中由于負(fù)載突變等原因引起短時(shí)再生制動(dòng)時(shí)，變頻器的直流母線電壓會(huì)上升，電機(jī)通過調(diào)整輸出頻率和自動(dòng)延長(zhǎng)減速時(shí)間、降低制動(dòng)轉(zhuǎn)矩，控制直流母線電壓的穩(wěn)定。

2.4 自動(dòng)報(bào)警管控系統(tǒng)

為了防止出現(xiàn)特殊異常狀況，管控系統(tǒng)增加了自動(dòng)報(bào)警功能，隨時(shí)監(jiān)測(cè)油井狀態(tài)變化。當(dāng)出現(xiàn)下列不同異常狀況時(shí)，管控系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警：運(yùn)算出錯(cuò)、基本參數(shù)輸入有誤、功圖和實(shí)際泵效由于斷脫漏失造成異常;井口溫度、壓力、動(dòng)液面、沖次、套管壓力、電機(jī)電流和最大實(shí)際載荷等超過規(guī)定范圍;串口設(shè)備通信、變頻器、電度表讀取參數(shù)出現(xiàn)故障;出現(xiàn)抽油桿斷桿、管漏和卡泵等特殊情況。同時(shí)，調(diào)整油井相關(guān)參數(shù)，減少損失。不同情況有不同的報(bào)警等級(jí)，根據(jù)報(bào)警等級(jí)，對(duì)采油系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)控制保護(hù)。

3 應(yīng)用實(shí)踐

某井組為反九點(diǎn)正方形井網(wǎng)，共有9口井。其中中心注汽井1口，周圍 8 口生產(chǎn)井。根據(jù)生產(chǎn)效果將8口生產(chǎn)井分為兩類：受蒸汽驅(qū)替作用效果正常的5口，效果弱的3口。由于該井組油井分布較為分散，井與井之間距離較遠(yuǎn)，人工定期監(jiān)測(cè)能力有限，造成管控及時(shí)性較差，部分井的供液能力與抽油泵排液量不匹配，人工管理如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，泵效低造成泵體磨損，增加作業(yè)成本，浪費(fèi)電能。因此，對(duì)8口生產(chǎn)井全部安裝智能調(diào)控采油設(shè)備，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率。

通過井組整體實(shí)施智能調(diào)控采油技術(shù)試驗(yàn)前后的對(duì)比得知，階段生產(chǎn)20d 后，整體增油明顯，平均單井檢泵次數(shù)減少 1 次，檢泵周期平均延長(zhǎng)32d，有效降低了因泵體損耗而檢泵、檢桿等作業(yè)費(fèi)用，避免了抽油機(jī)系統(tǒng)和電能的無效損耗和浪費(fèi)。

4 結(jié)論

智能調(diào)控采油技術(shù)系統(tǒng)替代人工手動(dòng)操作管控調(diào)節(jié)采油，不但能夠提高系統(tǒng)效率，節(jié)能降耗，增加經(jīng)濟(jì)效益，而且在油井供液量充足時(shí)，產(chǎn)液量也會(huì)顯著增加。該系統(tǒng)完全適應(yīng)蒸汽驅(qū)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際生產(chǎn)的需求，保證了蒸汽驅(qū)開發(fā)平穩(wěn)、順利進(jìn)行。

（中國(guó)石油遼河油田分公司興隆臺(tái)采油廠? ? 遼寧 盤錦 124000）